[发明专利]一种利用农作物秸秆联产丁醇、丙酮的方法

说明书

本发明公开了一种利用农作物秸秆联产丁醇、丙酮的方法，包括如下步骤：将农作物秸秆粉碎后与水按比例加入预处理反应器中，控制温度进行预处理反应；将物料导入酶解罐中，冷却降温，调节pH，添加纤维素降解酶进行酶解；将物料导入发酵罐中，加入发酵菌进行发酵；将物料导入蒸馏设备中进行蒸馏，得到丁醇、丙酮和废渣液；将废渣液接种高温活性污泥进行厌氧发酵，得到沼气和消化渣液；将沼气和消化渣液处理后再综合利用。本发明整体上的工艺方法先进节能、丁醇、丙酮转化率高，秸秆利用充分，容易实现工业上的转化应用。

技术领域

本发明属于利用纤维素秸秆微生物发酵生产燃料丁醇技术领域，具体的是涉及一种利用农作物秸秆联产丁醇、丙酮的方法。

背景技术

在生物燃料领域，丁醇所具有的优良化学特性使生物丁醇成为重要的新兴生物燃料之一。由于比乙醇多两个亚甲基，丁醇具有更高的疏水性、较低的挥发性，可与汽油以任意比例混合，并具有与汽油相当的热值。因此，近年来生物丁醇得到了广泛的关注。

生物丁醇是与生物乙醇相似的生物燃料。其原料和生产工艺与生物乙醇相似，但生物丁醇的蒸汽压力低，与汽油混合时对杂质水的宽容度大，而且腐蚀性较小，与现有的生物燃料相比，能够与汽油达到更高的混合比(混合燃料中可混入20％的丁醇)，而无需对车辆进行改造。丁醇还是一种高能量生物燃料，与传统燃料相比，每加仑可支持汽车多走10％的路程，与乙醇相比，可多走30％的路程。丁醇可采用与乙醇相似的发酵流程制取。不过，与乙醇相比，丁醇生产的成本要远远高于生产乙醇的成本，因为生产丁醇需用较大的蒸发、加热、冷却等设备，投资费用较高。因此，实现生物丁醇大规模生产的关键是提高原料的转化率，以及加快转化过程。

纤维素秸秆在我国是一种木质纤维废弃物，年产量大，目前采用较多的处理方式为将其直接燃烧或弃置于农田，既浪费资源又污染环境，缺乏对其有效的利用。利用纤维素秸秆为原料替代粮食来生产生物质能源，不仅能够实现资源的有效利用，还可以解决环境问题，具有巨大的产业化潜力。

目前现有技术中，利用纤维素秸秆制丁醇、丙酮主要采用蒸汽爆破法、化学法等工艺对农作物秸秆进行预处理，存在能源消耗大，生产成本高，污水处理难度大等诸多弊端。另外，在预处理或者酶解后，需要进行固液分离，工艺繁琐，秸秆转化率低，并且综合利用不足。

发明内容

本发明的目的是针对目前农作物秸秆联产丁醇、丙酮中秸秆原料预处理困难，秸秆利用率低，能源消耗大，生产成本高，资源综合利用不足，生产工艺不成熟难于产业化等问题，提供了一种切实可行的利用农作物秸秆联产丁醇、丙酮的产业化方法，并做到资源的最大化综合利用。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种利用农作物秸秆联产丁醇、丙酮的方法，包括如下步骤:

(1)将农作物秸秆粉碎后与水按比例加入预处理反应器中，控制温度对农作物秸秆进行预处理；

(2)将经过步骤(1)预处理后得到的物料导入酶解罐中，通过与下一批未预处理的秸秆与水的混合物料热交换进行冷却降温，并将热能回收，调节pH，然后添加纤维素降解酶进行酶解；

(3)将经过步骤(2)酶解后的物料导入发酵罐中，加入发酵菌，在32-45℃温度下发酵48-72h，进行发酵联产丁醇、丙酮；

(4)将经过步骤(3)发酵后的物料导入蒸馏设备中进行蒸馏，并收集丁醇、丙酮和废渣液；

(5)将步骤(4)得到的废渣液接种高温活性污泥进行厌氧发酵，得到沼气和消化渣液；

(6)将步骤(5)得到的沼气和消化渣液处理后再综合利用。

更进一步的，步骤(1)中添加的农作物秸秆与水的比例为1:6-19。

更进一步的，步骤(1)中预处理的温度为120-210℃，预处理反应时间为10-60分钟。